Tidak Semua Kematian Bintang Melalui Supernova

Ketika tim membandingkan pengamatan dengan prediksi teoretis, mereka menyimpulkan bahwa penurunan kecerahan yang ekstrem tersebut sangat menunjukkan bahwa inti bintang runtuh dan membentuk lubang hitam.

Bintang Masif Gagal Meledak

Bintang bersinar karena fusi nuklir di intinya mengubah hidrogen menjadi helium, menciptakan tekanan ke luar yang melawan gravitasi. Pada bintang yang setidaknya 10 kali lebih masif dari Matahari kita, keseimbangan ini akhirnya rusak ketika bahan bakar nuklir menipis. Gravitasi kemudian mengalahkan tekanan ke luar, menyebabkan inti runtuh dan membentuk bintang neutron yang padat.

Dalam banyak kasus, banjir neutrino yang dilepaskan selama keruntuhan ini menghasilkan gelombang kejut kuat yang merobek bintang menjadi supernova. Namun, jika gelombang kejut itu terlalu lemah untuk mengeluarkan materi di sekitarnya, sebagian besar bintang dapat jatuh kembali ke dalam. Model teoritis telah lama menunjukkan bahwa jatuhnya kembali ini dapat mengubah bintang neutron menjadi lubang hitam.

“Kita telah mengetahui keberadaan lubang hitam selama hampir 50 tahun,” kata Kishalay De. “Namun kita baru sedikit memahami bintang mana yang berubah menjadi lubang hitam dan bagaimana mereka melakukannya,” ujarnya.

Peran Kunci Konveksi

Studi rinci tentang M31-2014-DS1 juga membantu para peneliti meninjau kembali objek serupa, NGC 6946-BH1, yang telah diidentifikasi satu dekade sebelumnya. Analisis ulang kedua kasus tersebut mengungkap unsur penting yang sebelumnya hilang dalam memahami apa yang terjadi pada lapisan luar bintang setelah supernova yang gagal. Jawabannya terletak pada konveksi.

Konveksi muncul dari perbedaan suhu besar di dalam bintang. Intinya sangat panas, sementara lapisan luarnya jauh lebih dingin. Kontras ini mendorong gas bersirkulasi antara daerah yang lebih panas dan lebih dingin.

Ketika inti runtuh, gas di bagian luar masih bergerak karena proses pengadukan ini. Menurut model yang dikembangkan di Flatiron Institute, gerakan tersebut mencegah sebagian besar material luar jatuh langsung ke dalam lubang hitam. Sebaliknya, beberapa lapisan dalam mengelilingi lubang hitam, sementara lapisan terluar terdorong keluar.

Saat material yang dikeluarkan bergerak menjauh, ia mendingin. Pada suhu yang lebih rendah, atom dan molekul bergabung membentuk debu. Debu tersebut menghalangi cahaya dari gas yang lebih panas di dekat lubang hitam, menyerap energi, lalu memancarkannya kembali dalam panjang gelombang inframerah. Hasilnya adalah cahaya kemerahan yang bertahan lama yang dapat berlangsung selama beberapa dekade setelah bintang aslinya menghilang.

Penulis bersama dan peneliti Flatiron, Andrea Antoni, mengembangkan kerangka kerja teoretis di balik model konveksi ini.

Berdasarkan pengamatan baru, ia mengatakan laju akresi material yang jatuh jauh lebih lambat daripada jika bintang tersebut langsung runtuh sepenuhnya.

Material konvektif itu memiliki momentum sudut sehingga berputar mengelilingi lubang hitam. Alih-alih membutuhkan waktu berbulan-bulan atau setahun untuk jatuh ke dalam, prosesnya memakan waktu puluhan tahun. Karena itu, ia menjadi sumber yang lebih terang daripada perkiraan awal, dan peneliti mengamati penundaan panjang dalam peredupan bintang aslinya.